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真空熱處理工藝張雨 09020120090581前言：所謂真空熱處理是工件在10-110-2Pa真空介質(zhì)中進(jìn)行加熱到所需要的溫度，然后在不同介質(zhì)中以不同冷速進(jìn)行冷卻的熱處理方法。真空熱處理被當(dāng)代熱處理界稱為高效、節(jié)能和無污染的清潔熱處理。真空熱處理的零件具有無氧化，無脫碳、脫氣、脫脂，表面質(zhì)量好，變形小，綜合力學(xué)性能高，可靠性好（重復(fù)性好，壽命穩(wěn)定）等一系列優(yōu)點。因此，真空熱處理受到國內(nèi)外廣泛的重視和普遍的應(yīng)用。并把真空熱處理普及程度作為衡量一個國家熱處理技術(shù)水平的重要標(biāo)志。真空熱處理技術(shù)是近四十年以來熱處理工藝發(fā)展的熱點，也是當(dāng)今先進(jìn)制造技術(shù)的重要領(lǐng)域。一、真空熱處理工藝原理和真空熱處理和加熱特點工藝原理（1）金屬在真空狀態(tài)下的相變特點。在與大氣壓只差0.1MPa范圍內(nèi)的真空下，固態(tài)相變熱力學(xué)、動力學(xué)不產(chǎn)生什么變化。在制訂真空熱處理工藝規(guī)程時，完全可以依據(jù)在常壓下固態(tài)相變的原理。完全可以參考常壓下各種類型組織轉(zhuǎn)變的數(shù)據(jù)。（2）真空脫氣作用，提高金屬材料的物理性能和力學(xué)性能。（3）真空脫脂作用。（4）金屬的蒸發(fā)：在真空狀態(tài)下加熱，工件表面元素會發(fā)生蒸發(fā)現(xiàn)象。（5）表面凈化作用，實現(xiàn)少無氧化和少無脫碳加熱。（6）金屬實現(xiàn)無氧化加熱所需的真空度。二、真空熱處理工藝參數(shù)的確定1、真空度：表1.各種材料在真空熱處理時的真空度材 料真空熱處理時真空度Pa合金工具鋼、結(jié)構(gòu)鋼、軸承鋼（淬火溫度在900以下）110-1含Cr、Mn、Si等合金鋼（在1000以上加熱）10Pa（回填高純氮）不銹鋼（析出硬化型合金）、Fe、Ni基合金，鈷基合金10-110-2鈦合金10-2高速鋼1000以上充66613.3Pa N2Cu及其合金13313.3Pa高合金鋼回火1.310-2在考慮工作真空度時應(yīng)注意幾點：（1）在900以前，先抽0.1Pa以上高真空，以利脫氣。（2）10-1Pa進(jìn)行加熱，相當(dāng)于1PPM以上純度惰性氣體，一般黑色金屬就不會氧化。（3）充入惰性氣體時，如充133Pa，（50%N2+50%H2）的氮氫混合氣體，其效果比10-210-3Pa真空還好。此時氧分壓66.5Pa是安全的。（4）真空度與鋼表面光亮度有對應(yīng)關(guān)系。（5）一般10-3133Pa真空范圍內(nèi)，真空度溫差為5，如氣壓上升，溫度均勻性下降，所以充氣壓力應(yīng)盡量可能低些。2、加熱和預(yù)熱溫度：表2 預(yù)熱溫度參考表淬火加熱溫度（）預(yù)熱溫度（1）（）預(yù)熱溫度（2）（）預(yù)熱溫度（3）（）800900550-6001000-1100550-600800-8501200以上550-600800-8501000-10503、真空淬火加熱時間圖1真空加熱時的特性曲線 圖2爐溫和被加熱工件表面與中心溫度t總=t均+t保 t均=aht保為相變時間，t均為均熱時間，a為透熱系數(shù)（分/mm），h為有效厚度（mm）。三真空淬火冷卻在淬火時我們都要考慮到所熱處理工件的材質(zhì)、形狀、技術(shù)要求，以及該材質(zhì)“5” 曲線來選擇合理的淬火冷速，一般情況下有真空油淬和真空氣淬（ 在這里主要分析真空油淬）。淬水前的預(yù)冷比較重要。（1）淬火前的預(yù)冷與變形量大小有一定的關(guān)系。在不預(yù)冷直接淬火工件的內(nèi)應(yīng)力主要是熱應(yīng)力，工件尺寸有可能會減??；而經(jīng)過預(yù)冷后再淬火的，工件的內(nèi)應(yīng)力主要是組織應(yīng)力，工件有可能會脹大。我們只有合理地預(yù)冷才會使工件內(nèi)部的熱應(yīng)力和組織應(yīng)力相對平衡，才能減小工件的變形量，一般情況是看裝爐量及工件的大小來選預(yù)冷時間，常規(guī)情況下有效尺寸在2050mm,時間差不多控制在0.53min。（2）預(yù)冷還有一個原由是工件表面增碳白層現(xiàn)象。真空油淬時，因淬火油在高溫下受熱分解形成活性碳，滲入工件表面，使工件表面形成增碳層，這種現(xiàn)象與溫度高有關(guān)系，與保溫時間長短無關(guān)。高速鋼真空油淬還有可能在表面形成3050um白層（ 白層是由大量復(fù)合碳化物、馬氏體及殘余奧氏體組成）。因其與內(nèi)部交界處有粗晶狀的馬氏體，表面硬度值較低，對于高速鋼來說會使鋼性不夠，易鈍口。這種現(xiàn)象是入油溫度越高，所形成的白層越厚。所以高碳高合金鋼在真空油淬時，因其淬硬性很好，最好要預(yù)冷來減小上面兩種情況。四真空熱處理的加熱特點：1)真空熱處理的優(yōu)越性。真空熱處理是和可控氣氛并駕齊驅(qū)的應(yīng)用面很廣的無氧化熱處理技術(shù)，也是當(dāng)前熱處理生產(chǎn)技術(shù)先進(jìn)程度的主要標(biāo)志之一。真空熱處理不僅可實現(xiàn)鋼件的無氧化、無脫碳，而且還可以實現(xiàn)生產(chǎn)的無污染和工件的少畸變，因而它還屬于清潔和精密生產(chǎn)技術(shù)范疇。目前它已成為工模具生產(chǎn)中不可替代的先進(jìn)技術(shù)。2)真空熱處理工藝。工件畸變小是真空熱處理的一個非常重要的優(yōu)點。據(jù)國內(nèi)外經(jīng)驗，工件真空熱處理的畸變量僅為鹽浴加熱淬火的三分之一。研究各種材料、不同復(fù)雜程度零件的真空加熱方式和各種冷卻條件下的畸變規(guī)律，并用計算機(jī)加以模擬，對于推廣真空熱處理技術(shù)具有重要意義。真空加熱、常壓或高壓氣冷淬火時氣流均勻性對零件淬硬效果和質(zhì)量分散度有很大影響。采用計算機(jī)模擬手段研究爐中氣流循環(huán)規(guī)律，對于改進(jìn)爐子結(jié)構(gòu)變具有重要意義。真空滲碳是實現(xiàn)高溫滲碳的最可能的方式。但在高溫下長時間加熱會使大多數(shù)鋼種的奧氏體晶粒度長得很大，對于具體鋼材高溫滲碳，重新加熱淬火對材料和工件性能的影響規(guī)律加以研究，對優(yōu)化真空滲碳、冷卻、加熱淬火工藝和設(shè)備是很有必要的。近幾年，國際上有研究開發(fā)使用氣體燃料的燃燒式真空爐的動向。在真空爐中采用氣體燃料加熱的困難太多，雖然有節(jié)約能源的說法，但不一定是一個重要的發(fā)展方向。3)真空熱處理爐。現(xiàn)代真空熱處理爐是指可施行元件的真空加熱，然后在油中淬火或在常壓和加壓氣體中淬火的冷壁式爐子。研究開發(fā)這種類型的設(shè)備是一項綜合性強(qiáng)、跨學(xué)科、牽涉到很多科技領(lǐng)域的工作。工模具材料的真空熱處理的應(yīng)用前景很大。大多數(shù)工模具鋼目前都采取在真空中加熱，然后在氣體中冷卻淬火的方式。為了使工件表面和內(nèi)部都獲得滿意的力學(xué)性能，必須采用真空高壓氣淬技術(shù)。目前國際上真空氣淬的氣壓已從0.2MPa、0.6MPa提高到12MPa甚至3MPa。所以高壓氣淬真空爐的冷卻氣體壓力的逐步提高是一個重要的發(fā)展趨勢。除高壓氣淬外，在先抽真空而后填充高壓惰性氣體后施行對流加熱可以比傳統(tǒng)真空輻射加熱速度提高一倍以上，從而明顯提高加熱效率也是真空加熱技術(shù)的重要方向之一。向多功能發(fā)展也是真空爐的趨勢之一。在前室中施行油淬，在后室施行常壓或高壓氣淬，在中間加熱室施行真空加熱或等離子滲碳的半連續(xù)式真空熱處理設(shè)備是其典型例子之一。當(dāng)前國內(nèi)市場已有這種爐型需求的反映。各種可滿足大批量生產(chǎn)的連續(xù)式真空滲碳、高壓、氣冷、淬火、回火生產(chǎn)線已相繼問世?？梢灶A(yù)料，在不久的將來會引起汽車零件熱處理的一場重大變革。針對真空加熱容易實現(xiàn)高溫滲碳的特點，開發(fā)真空高溫（10001050）滲碳、緩冷、重新加熱、油中淬火、清洗、回火生產(chǎn)線應(yīng)該盡快提到日程上來。五結(jié)語：零件經(jīng)真空熱處置后畸變小質(zhì)量高且工藝自身操作靈敏無公害。因而真空熱處置不只是某些特殊合金熱處置的必要手腕而且在普通工程用鋼的熱處置中也取得應(yīng)用特別是工具模具和精細(xì)耦件等經(jīng)真空熱處置后運(yùn)用壽命較普通熱處置有較大的進(jìn)步。例如某些模具經(jīng)真空熱處置后其壽命比原來鹽浴處置的高40400而有許多工具的壽命可進(jìn)步34倍左右。此外真空加熱爐可在較高溫度下工作且工件能夠堅持干凈的外表因此能加速化學(xué)熱處置的吸附和反響過程。因而某些化學(xué)熱處置如滲碳滲氮滲鉻滲硼以及多元共滲都能得到更快更好的效果。參考文獻(xiàn)：1 羅曉春,梁衛(wèi)民,蔣漫文. HTAC輻射管在燃?xì)庹婵諢崽幚頎t中的應(yīng)用J. 湖南有色金屬. 2004(02) 2 羅曉春,梁衛(wèi)民,蔣漫文. HTAC輻射管在燃?xì)庹婵諢崽幚頎t中的應(yīng)用J. 冶金能源. 2004(04) 3 宋慶彬. 蓄熱式輻射管燒嘴在真空爐上的應(yīng)用J. 工業(yè)加熱. 2001(01) 4 賀秀芳. NKK公司在連續(xù)退火線上應(yīng)用蓄熱式輻射管燒嘴取得成效J. 軋鋼. 2002(02) 5 閻承沛. 高溫空氣燃燒技術(shù)燃(天然)氣熱處理技術(shù)設(shè)備研究開發(fā)探討J. 機(jī)械工人.熱加工. 2001(10) 6 蕭琦,吳道洪,王東方,謝善清,王汝芳,王文壽,劉燦樓,劉忠誠. 蓄熱式輻射管燃燒器在鍍鋅板退火爐上的應(yīng)用J. 工業(yè)爐. 2004(05) 7 閻承沛,樊東黎. 高溫空氣燃燒技術(shù)在燃天然氣